Единица измерения

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Единица измерения» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( июнь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон )

Бывший офис мер и весов в Seven Sisters, Лондон

Единицы измерения, Палаццо делла Раджионе , Падуя

Единицей измерения является определенной величиной из величины , определенной и принятой конвенции или законом, который используется в качестве стандарта для измерения одного и того же рода количестве. ^[1] Любая другая величина такого рода может быть выражена как кратное единице измерения. ^[2] Например, длина - это физическая величина . метр- единица длины, которая представляет определенную заранее заданную длину. Когда мы говорим 10 метров (или 10 м), мы на самом деле имеем в виду 10-кратную заранее заданную длину, называемую «метром». Измерение - это процесс определения того, насколько велика или мала физическая величина по сравнению с базовой эталонной величиной того же типа.

Определение, согласование и практическое использование единиц измерения играли решающую роль в человеческих усилиях с раннего возраста до наших дней. Раньше было очень распространено множество систем единиц . Теперь существует глобальный стандарт, Международная система единиц (СИ), современная форма метрической системы .

В торговле меры и веса часто являются предметом государственного регулирования для обеспечения справедливости и прозрачности. Перед Международным бюро мер и весов (BIPM) возложена задача обеспечения всемирного единообразия измерений и их прослеживаемости к Международной системе единиц (СИ).

Метрология - это наука о разработке общепринятых на национальном и международном уровнях единиц измерения.

В физике и метрологии единицы - это стандарты для измерения физических величин, которым нужны четкие определения, чтобы быть полезными. Воспроизводимость экспериментальных результатов занимает центральное место в научном методе . Этому способствует стандартная система единиц. Научные системы единиц - это уточнение концепции мер и весов, исторически разработанной для коммерческих целей. ^[3]

В науке , медицине и инженерии часто используются большие и меньшие единицы измерения, чем в повседневной жизни. Обоснованный выбор единиц измерения может помочь исследователям в решении проблем (см., Например, анализ размерностей ).

В социальных науках нет стандартных единиц измерения, а теория и практика измерения изучаются в психометрике и теории совместных измерений .

История [ править ]

Единица измерения - это стандартизированная величина физического свойства, используемая в качестве коэффициента для выражения встречающихся количеств этого свойства. Единицы измерения были одними из первых инструментов, изобретенных людьми. Первобытные общества нуждались в элементарных мерах для решения многих задач: строительства жилищ подходящего размера и формы, пошива одежды или обмена продуктов питания или сырья.

Самые ранние известные унифицированные системы измерения, похоже, были созданы где-то в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры у древних народов Месопотамии , Египта и долины Инда , а также, возможно, также и Элама в Персии .

Гири и меры упоминаются в Библии (Левит 19: 35–36). Это заповедь - быть честным и принимать справедливые меры.

В Великой хартии вольностей 1215 года (Великая хартия) с печатью короля Иоанна , поставленной перед ним баронами Англии, король Иоанн согласился в пункте 35: « Во всем нашем королевстве будет одна мера вина и одна мера вина. эля и одну меру кукурузы, а именно лондонскую кварту; и одну ширину крашеной, рыжеватой ткани и кольчуги, а именно два элля ниже кромки ... "

Начиная с 21 века, во всем мире используются множественные системы единиц, такие как Обычная система Соединенных Штатов, Британская Обычная система и Международная система. Однако Соединенные Штаты - единственная промышленно развитая страна, которая еще не полностью перешла на метрическую систему. Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц относятся к 1790 году, когда Национальное собрание Франции поручило Французской академии наук разработать такую систему единиц. Эта система была предшественницей метрической системы, которая была быстро разработана во Франции, но не получила всеобщего признания до 1875 года, когда 17 стран подписали Договор о метрической конвенции. После подписания этого договора Генеральная конференция мер и весов(CGPM) была создана. CGPM произвела текущую систему СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й конференции мер и весов. В настоящее время Соединенные Штаты представляют собой общество с двумя системами, которое использует как систему SI, так и обычную систему США. ^[4]

Системы единиц [ править ]

Использование единой единицы измерения некоторой величины имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу для расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались бы независимо. Один из способов облегчить чтение больших чисел или мелких дробей - использовать префиксы единиц .

Однако в какой-то момент может возникнуть необходимость связать две единицы и, следовательно, выбрать одну единицу в качестве определяющей другой или наоборот. Например, дюйм можно определить как ячменное зерно . Система измерения - это совокупность единиц измерения и правил, связывающих их друг с другом.

По мере развития науки возникла необходимость связать системы измерения различных величин, таких как длина, вес и объем. Попытки связать различные традиционные системы друг с другом выявили множество несоответствий и привели к разработке новых единиц и систем.

Система единиц варьируется от страны к стране и некоторые из другой системы единиц СГС система единиц , система FPS единиц , система МКС единиц и система единиц СИ . Среди различных систем единиц, используемых в мире, наиболее широко используемой и признанной на международном уровне является Международная система единиц или система единиц СИ. В этой системе единиц СИ имеется семь основных единиц СИ и три дополнительных единицы. Основными единицами СИ являются метр, килограмм, секунда, кельвин, ампер, кандела и моль, а тремя дополнительными единицами СИ являются радиан, стерадиан и беккерель. Все остальные единицы СИ могут быть производными от этих основных единиц.^[5]

Современные системы измерения включают метрическую систему , имперскую систему и общепринятые единицы измерения США .

Традиционные системы [ править ]

Исторически многие из используемых систем измерения до некоторой степени основывались на размерах человеческого тела. В результате единицы измерения могут варьироваться не только от места к месту, но и от человека к человеку.

Метрические системы [ править ]

Метрическая система единиц развивалась с момента принятия исходной метрической системы во Франции в 1791 году. Текущая международная стандартная метрическая система - это Международная система единиц (сокращенно SI). Важная особенность современных систем - стандартизация . Каждая единица имеет общепризнанный размер.

Пример метрики в 1860 году, когда Тоскана стала частью современной Италии (например, одна «либбра» = 339,54 грамма).

И имперские единицы, и обычные единицы США произошли от более ранних английских единиц . Имперские единицы в основном использовались в Британском Содружестве и бывшей Британской империи . Обычные единицы США по- прежнему являются основной системой измерения , используемой в Соединенных Штатах за пределами науки, медицины, многих отраслей промышленности, а также некоторые правительства и военных, и , несмотря на то , Конгресса правомочно метрическую меру на 28 июля 1866. ^[6] Некоторые Были предприняты шаги в сторону метрики США , в частности, переопределение основных американских и имперских единиц для их точного вывода из единиц СИ. Так как международный двор и фунт соглашение 1959 года США и имперский дюйм теперь определяется как точно 0,0254 м , а фунт США и имперский экирдупуа теперь определяется как453,592 37 г . ^[7]

Природные системы [ править ]

В то время как вышеупомянутые системы единиц измерения основаны на произвольных величинах единиц, формализованных как стандарты, некоторые единицы величин естественным образом встречаются в науке. Системы единиц, основанные на них, называются естественными единицами . Подобно натуральным единицам, атомные единицы (а.е.) представляют собой удобную систему единиц измерения, используемую в атомной физике .

Также можно встретить множество необычных и нестандартных единиц . Они могут включать солнечную массу (2 × 10 ³⁰ кг ), мегатонну (энергия, выделяемая при взрыве одного миллиона тонн тринитротолуола , тротил) и электронвольт .

Правовой контроль мер и весов [ править ]

Чтобы уменьшить количество случаев мошенничества в розничной торговле, во многих национальных законах есть стандартные определения весов и мер, которые могут использоваться (отсюда « статутная мера »), и они проверяются юристами. ^{[ необходима цитата ]}

Неформальное сравнение со знакомыми концепциями [ править ]

В неформальной обстановке количество может быть описано как кратное количеству знакомого объекта, что может быть легче контекстуализировать, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать область в чужой стране как количество, кратное площади региона, местного для читателей. Склонность к частому использованию определенных концепций может привести к появлению слабо определенных «систем» единиц. ^[8]^[9]

Базовые и производные единицы [ править ]

Для большинства величин необходима единица для передачи значений этой физической величины. Например, передать кому-либо конкретную длину без использования какой-либо единицы измерения невозможно, потому что длина не может быть описана без ссылки, используемой для понимания данного значения.

Но не для всех количеств требуется собственная единица измерения. Используя законы физики, единицы величин могут быть выражены как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется только небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются как базовые, а другие - как производные . Таким образом, основные единицы - это единицы величин, которые не зависят от других величин, и это единицы длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы - это единицы величин, производные от основных величин, а некоторые производные единицы - это единицы скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. Д. ^[5]

Различные системы единиц основаны на различном выборе набора связанных единиц, включая основные и производные единицы.

Расчеты с единицами измерения [ править ]

Единицы измерения [ править ]

Любое значение физической величины выражается в сравнении с единицей этой величины. Например, значение физической величины Z выражается как произведение единицы [Z] и числового коэффициента:

{\ displaystyle Z = n \ times [Z] = n [Z].}

Например, пусть будет «2 свечи», затем подсвечник.

{\ displaystyle Z}

{\ Displaystyle Z = 2 [Z] = 2}

Знак умножения обычно опускается, как и между переменными в научных обозначениях формул. Условные обозначения, используемые для выражения количеств, называют количественным исчислением . В формулах единицу [Z] можно трактовать так, как если бы она была определенной величиной некоего физического измерения : см. Анализ размеров для получения дополнительной информации об этой обработке.

Единицы можно добавлять или вычитать только в том случае, если они одного типа; однако единицы всегда можно умножить или разделить, как объяснил Георгий Гамов . Пусть будет «2 подсвечника» и «3 таксиста», тогда ${\ displaystyle Z_ {1}}$ ${\ displaystyle Z_ {2}}$

"2 подсвечника" умножить на "3 таксиста" подсвечник .

{\ displaystyle = [Z_ {1}] [Z_ {2}] = 6}

{\ displaystyle \ times}

Следует различать единицы измерения и стандарты. Единица фиксирована по своему определению и не зависит от физических условий, таких как температура. Напротив, стандарт - это физическая реализация единицы, которая реализует эту единицу только при определенных физических условиях. Например, метр - это единица измерения, а металлический стержень - стандарт. Один метр имеет одинаковую длину независимо от температуры, но металлический стержень будет иметь длину ровно один метр только при определенной температуре.

При работе с юнитами необходимо соблюдать определенные правила:

Рассматривайте единицы алгебраически. Добавляйте только похожие термины. Когда единица делится сама по себе, это деление дает единицу без единицы. Когда две разные единицы умножаются или делятся, результатом является новая единица, называемая комбинацией единиц. Например, в системе СИ единица измерения скорости - метры в секунду (м / с). См. Анализ размеров . Единицу можно умножить на себя, образуя единицу с показателем степени (например, м ² / с ² ). Проще говоря, единицы подчиняются законам индексов. (См. Возведение в степень .)
У некоторых единиц есть особые названия, однако их следует рассматривать как их эквиваленты. Например, один ньютон (Н) эквивалентен 1 кг · м / с ² . Таким образом, величина может иметь несколько обозначений единиц, например: единица измерения поверхностного натяжения может обозначаться как Н / м (ньютон на метр) или кг / с ² (килограмм на секунду в квадрате).

Выражение физической стоимости в другой единице [ править ]

Преобразование единиц включает сравнение различных стандартных физических величин, либо одной физической величины, либо физической величины и комбинации других физических величин.

Начиная с:

{\ Displaystyle Z = п_ {я} \ раз [Z] _ {я}}

замените исходную единицу ее значением с точки зрения желаемой единицы , например, если , то: ${\ Displaystyle [Z] _ {я}}$ ${\ displaystyle [Z] _ {j}}$ ${\ displaystyle [Z] _ {i} = c_ {ij} \ times [Z] _ {j}}$

{\ displaystyle Z = n_ {i} \ times (c_ {ij} \ times [Z] _ {j}) = (n_ {i} \ times c_ {ij}) \ times [Z] _ {j}}

Теперь и являются числовыми значениями, поэтому просто вычислите их произведение. ${\ displaystyle n_ {i}}$ ${\ displaystyle c_ {ij}}$

Или, что математически одно и то же, умножьте Z на единицу, и результат останется Z :

{\ displaystyle Z = n_ {i} \ times [Z] _ {i} \ times (c_ {ij} \ times [Z] _ {j} / [Z] _ {i})}

Например, у вас есть выражение для физического значения Z в единицах футов в секунду ( ), и вы хотите, чтобы оно выражалось в единицах миль в час ( ): ${\ Displaystyle [Z] _ {я}}$ ${\ displaystyle [Z] _ {j}}$

Найдите факты, связывающие исходную единицу с желаемой единицей:
1 миля = 5280 футов и 1 час = 3600 секунд
Затем используйте приведенные выше уравнения для построения дроби, имеющей значение единицы и содержащей такие единицы, которые при ее умножении на исходное физическое значение отменяют исходные единицы:
$1={\frac {1\,\mathrm {mi} }{5280\,\mathrm {ft} }}\quad \mathrm {and} \quad 1={\frac {3600\,\mathrm {s} }{1\,\mathrm {h} }}$
Наконец, умножьте исходное выражение физического значения на дробь, называемую коэффициентом преобразования , чтобы получить ту же физическую ценность, выраженную в другой единице. Примечание: поскольку действительные коэффициенты преобразования безразмерны и имеют числовое значение, равное единице , умножение любой физической величины на такой коэффициент преобразования (который равен 1) не изменяет эту физическую величину.
$52.8\,{\frac {\mathrm {ft} }{\mathrm {s} }}=52.8\,{\frac {\mathrm {ft} }{\mathrm {s} }}{\frac {1\,\mathrm {mi} }{5280\,\mathrm {ft} }}{\frac {3600\,\mathrm {s} }{1\,\mathrm {h} }}={\frac {52.8\times 3600}{5280}}\,\mathrm {mi/h} =36\,\mathrm {mi/h}$

Или, например, с использованием метрической системы, у вас есть значение экономии топлива в литрах на 100 километров и вы хотите, чтобы оно выражалось в микролитрах на метр :

\mathrm {\frac {9\,{\rm {L}}}{100\,{\rm {km}}}} =\mathrm {\frac {9\,{\rm {L}}}{100\,{\rm {km}}}} \mathrm {\frac {1000000\,{\rm {\mu L}}}{1\,{\rm {L}}}} \mathrm {\frac {1\,{\rm {km}}}{1000\,{\rm {m}}}} ={\frac {9\times 1000000}{100\times 1000}}\,\mathrm {\mu L/m} =90\,\mathrm {\mu L/m}

Последствия для реального мира [ править ]

Одним из примеров важности согласованных единиц является отказ Марсианского климатического орбитального аппарата НАСА , который был случайно разрушен во время миссии на Марс в сентябре 1999 года вместо выхода на орбиту из-за недопонимания ценности сил: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерение ( ньютон против фунта силы ). Было потрачено много сил, времени и денег. ^[10]^[11]

15 апреля 1999 года грузовой рейс 6316 Korean Air из Шанхая в Сеул был потерян из-за того, что экипаж запутал инструкции на вышке (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь человек получили ранения. ^[12]^[13]

В 1983 году у Boeing 767 (который благодаря своим пилотажным навыкам планеринга благополучно приземлился и стал известен как планер Гимли ) закончилось топливо в середине полета из-за двух ошибок при расчете количества топлива для первого самолета Air Canada. метрические измерения. ^[14] Эта авария была результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и британских мер, так и смешения мер массы и объема.

Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-х годах, Колумб ошибочно предположил, что миля, указанная в арабской оценке в 56⅔ миль для размера градуса, была такой же, как на самом деле гораздо более короткая итальянская миля в 1480 метров. Поэтому его оценка размера градуса и окружности Земли была примерно на 25% меньше. ^[15]

См. Также [ править ]

Единицы GNU
Список юмористических единиц измерения
Список устаревших единиц измерения
Список необычных единиц измерения
Метрические единицы
Уравнение числового значения
Шотландские подразделения
Маятник секунд
Пробел (знаки препинания) # Символы единиц и цифры
Система измерения
Единый код единиц измерения
Обычные единицы США
Расчетная единица
Единицы информации

Примечания [ править ]

^ «единица измерения», в Международном словаре метрологии - Основные и общие понятия и связанные с ними термины (VIM) (PDF) (3-е изд.), Объединенный комитет руководств по метрологии, 2008 г., стр. 6–7.
^ «Единицы измерения» . www.ibiblio.org .
^ «1.3 Язык физики: физические величины и единицы | Texas Gateway» . www.texasgateway.org .
^ Юнус А. Çengel & Michael A. Boles (2002). Термодинамика: инженерный подход (восьмое изд.). TN: Макгроу Хилл. п. 996. ISBN. 9780073398174.CS1 maint: uses authors parameter (link)
^ a b "Измерение в физике и единицах измерения СИ" . HelpYouBetter . 15 ноября 2018 . Проверено 15 августа 2019 .
^ "Метрический закон США 1866 года" . Архивировано из оригинального 10 -го октября 2014 года. с изменениями, внесенными публичным законом 110–69 от 9 августа 2007 г.
^ "Руководство NIST 44 Приложение B" . Национальный институт стандартов и технологий . 2002. Архивировано из оригинального 13 февраля 2007 года . Проверено 18 февраля 2007 года .
↑ Марш, Дэвид (17 мая 2010 г.). «Следите за своим языком: Уэльс, Бельгия и другие единицы измерения» . Хранитель . Проверено 30 августа 2018 .
^ «Размер Уэльса» . Экономист . Проверено 30 августа 2018 .
^ "Смешивание единиц" . Метрическая ассоциация США. Архивировано из оригинального 23 сентября 2010 года.
^ "Отчет Совета по расследованию ошибок орбитального аппарата Mars Climate Orbiter Phase I" (PDF) . НАСА. 10 ноября 1999 г. Архивировано из оригинального (PDF) 27 октября 2009 г.
^ "Korean Air Flight 6316" (пресс-релиз). NTSB . Архивировано 6 октября 2006 года.
^ "Korean Air инцидент" . Сеть авиационной безопасности. Архивировано 31 июля 2013 года.
^ Уиткин, Ричард (30 июля 1983). "Топливо для самолета закончилось после ошибок преобразования метрической системы" . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 августа 2007 года . Вчера Air Canada заявила, что у ее самолета Boeing 767 закончилось топливо в середине полета на прошлой неделе из-за двух ошибок при подсчете количества топлива для первого самолета авиакомпании, который использовал метрические измерения. После того, как оба двигателя потеряли мощность, пилоты совершили то, что сейчас считается первой успешной аварийной посадкой с мертвой палкой коммерческого реактивного лайнера.
Перейти ↑ Nunn & Edwards 1924 , pp. 1–2 , 17–18 .

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме единиц измерения .

Роулетт, Расс (2005) Словарь единиц измерения - Расс Роулетт и Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл
Справочник NIST 44 , Спецификации, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения
Официальный сайт SI
Структура количественной системы - Библиотека количественной системы и калькулятор для преобразования единиц и прогнозирования количеств
Список единиц с выбранными коэффициентами пересчета

Исторический

«Арифметические правила преобразования между римскими [т. Е. Османскими] и египетскими измерениями» - это рукопись 1642 года на арабском языке, в которой описываются единицы измерения.
«Меры и весы» . Новая международная энциклопедия . 1905 г.

Юридический

Ирландия - Закон о метрологии 1996 г.
Текст Правил об единицах измерения 1995 г., действующих сегодня (включая любые поправки) в Соединенном Королевстве, с сайта legal.gov.uk .

Метрическая информация

BIPM (официальный сайт)
Единый код единиц измерения (UCUM)

[1] «единица измерения», в Международном словаре метрологии - Основные и общие понятия и связанные с ними термины (VIM) (PDF) (3-е изд.), Объединенный комитет руководств по метрологии, 2008 г., стр. 6–7.

[2] «Единицы измерения» . www.ibiblio.org .

[3] «1.3 Язык физики: физические величины и единицы | Texas Gateway» . www.texasgateway.org .

[4] Юнус А. Çengel & Michael A. Boles (2002). Термодинамика: инженерный подход (восьмое изд.). TN: Макгроу Хилл. п. 996. ISBN. 9780073398174.CS1 maint: uses authors parameter (link)

[:0-5] "Измерение в физике и единицах измерения СИ" . HelpYouBetter . 15 ноября 2018 . Проверено 15 августа 2019 .

[6] "Метрический закон США 1866 года" . Архивировано из оригинального 10 -го октября 2014 года. с изменениями, внесенными публичным законом 110–69 от 9 августа 2007 г.

[7] "Руководство NIST 44 Приложение B" . Национальный институт стандартов и технологий . 2002. Архивировано из оригинального 13 февраля 2007 года . Проверено 18 февраля 2007 года .

[8] Марш, Дэвид (17 мая 2010 г.). «Следите за своим языком: Уэльс, Бельгия и другие единицы измерения» . Хранитель . Проверено 30 августа 2018 .

[9] «Размер Уэльса» . Экономист . Проверено 30 августа 2018 .

[mixups-10] "Смешивание единиц" . Метрическая ассоциация США. Архивировано из оригинального 23 сентября 2010 года.

[11] "Отчет Совета по расследованию ошибок орбитального аппарата Mars Climate Orbiter Phase I" (PDF) . НАСА. 10 ноября 1999 г. Архивировано из оригинального (PDF) 27 октября 2009 г.

[12] "Korean Air Flight 6316" (пресс-релиз). NTSB . Архивировано 6 октября 2006 года.

[13] "Korean Air инцидент" . Сеть авиационной безопасности. Архивировано 31 июля 2013 года.

[14] Уиткин, Ричард (30 июля 1983). "Топливо для самолета закончилось после ошибок преобразования метрической системы" . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 августа 2007 года . Вчера Air Canada заявила, что у ее самолета Boeing 767 закончилось топливо в середине полета на прошлой неделе из-за двух ошибок при подсчете количества топлива для первого самолета авиакомпании, который использовал метрические измерения. После того, как оба двигателя потеряли мощность, пилоты совершили то, что сейчас считается первой успешной аварийной посадкой с мертвой палкой коммерческого реактивного лайнера.

[FOOTNOTENunnEdwards1924[httpsarchiveorgstreamgeographicalconc00nunnpagen14mode1up_1–2],_[httpsarchiveorgstreamgeographicalconc00nunnpagen30mode1up_17–18]-15] Перейти ↑ Nunn & Edwards 1924 , pp. 1–2 , 17–18 .

[1]